JP3033285B2 - Rotary encoder - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は回転体の回転位置を検出
するためのロータリエンコーダに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary encoder for detecting a rotational position of a rotating body.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、各種機械の駆動用に使われるサー
ボモータにはブラシ付きのＤＣサーボモータとブラシの
ないＡＣサーボモータ（ＤＣブラシレスサーボモータ）
があり、近年モータ保守の容易さからＡＣサーボモータ
の需要が増している。2. Description of the Related Art In recent years, servo motors used for driving various machines include a DC servo motor with a brush and an AC servo motor without a brush (DC brushless servo motor).
In recent years, there has been an increasing demand for AC servomotors because of easy motor maintenance.

【０００３】サーボ系の位置検出器にもさまざまな種類
があるが、サーボモータに組み込まれて使用されるロー
タリエンコーダが普及している。ＡＣサーボモータに組
み込まれるエンコーダはインクリメンタルエンコーダと
アブソリュートエンコーダに大別される。インクリメン
タルエンコーダは各種機械のＡＣサーボモータに取り付
けられ広く使用されており、ＡＣサーボ用エンコーダと
して主流を占めている。一方アブソリュートエンコーダ
は１回転内の絶対位置が判別できるエンコーダで、原点
復帰動作が不用なことから多関節ロボットをはじめとす
る大型のロボット用サーボモータなどに普及している。There are various types of position detectors for servo systems, and rotary encoders used by being incorporated in servo motors have become widespread. Encoders incorporated in AC servomotors are broadly classified into incremental encoders and absolute encoders. Incremental encoders are widely used by being attached to AC servomotors of various machines, and occupy the mainstream as AC servo encoders. Absolute encoders, on the other hand, are encoders that can determine the absolute position within one rotation, and are widely used in servomotors for large robots such as articulated robots because they do not require an origin return operation.

【０００４】以下に従来のロータリエンコーダについて
説明する。図６に示すように、従来のロータリエンコー
ダは発光素子６１，回転スリット板６２，受光素子６
３，波形整形回路６４と信号伝送回路６５で構成されて
いる。Hereinafter, a conventional rotary encoder will be described. As shown in FIG. 6, a conventional rotary encoder includes a light emitting element 61, a rotating slit plate 62, and a light receiving element 6.
3. It is composed of a waveform shaping circuit 64 and a signal transmission circuit 65.

【０００５】以上のように構成されたロータリエンコー
ダについて、以下その動作を説明する。発光素子６１か
ら出力した光は回転スリット板６２を通ったのち、複数
個配列された受光素子６３で図７に示すようなそれぞれ
の信号をつくっている。The operation of the rotary encoder configured as described above will be described below. After the light output from the light emitting element 61 passes through the rotating slit plate 62, a plurality of light receiving elements 63 form respective signals as shown in FIG.

【０００６】すなわち、出力信号は図７に示すように、
回転方向が判別できるように互いに９０度の位相差を有
するＡ，Ｂ２相の信号と、１回転１パルスを発生する原
点基準Ｚ信号と、ＡＣサーボモータの相励磁切り替えの
ためのコミュテーション信号Ｕ，Ｖ，Ｗを備えている。That is, the output signal is as shown in FIG.
A and B two-phase signals having a phase difference of 90 degrees so that the rotation direction can be determined, an origin reference Z signal that generates one pulse per rotation, and a commutation signal U for switching the phase excitation of the AC servomotor. , V, W.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、出力信号の数が多いため配線の数が多くな
り量産性が悪く、機器への誤配線，信号線自身の断線も
起こりやすいという問題点があった。However, in the above-mentioned conventional configuration, the number of output signals is large, so the number of wirings is large, mass productivity is poor, and erroneous wiring to equipment and disconnection of signal lines themselves are likely to occur. There was a point.

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、エンコーダの出力信号数を減らし、量産性が高く信
頼性の高いロータリエンコーダを提供することを目的と
する。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a rotary encoder which reduces the number of output signals of the encoder and has high productivity and high reliability.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のロータリエンコーダは、互いに９０度の位相
差を有するＡ，Ｂ２相のインクリメンタル信号と、１回
転中に原点にあるときは“０，０，０”もしくは“１，
１，１”の信号を、また原点にないときには３相ＡＣサ
ーボモータの相励磁切り替え信号（コミュテーション信
号）Ｕ，Ｖ，Ｗ３相とを出力するコード板と後者のコー
ドから出力される３ビットの信号をシリアル変換して出
力するパラレル・シリアル変換回路を備えた構成を有し
ている。In order to achieve the above object, a rotary encoder according to the present invention comprises an A and B two-phase incremental signal having a phase difference of 90 degrees from each other, and a signal which is at the origin during one rotation. 0,0,0 "or" 1,
A code plate for outputting a signal of 1, 1 ", and a phase excitation switching signal (commutation signal) U, V, W of a three-phase AC servomotor when not at the origin, and three bits output from the latter code And a parallel-to-serial conversion circuit for converting the signal of the above into serial and outputting the converted signal.

【００１０】[0010]

【作用】この構成によってＺ，Ｕ，Ｖ，Ｗ相の４種の信
号を３種のコードパターンから生成することができる。
また、その３ビットの信号をシリアルに１回線で伝送で
きるためエンコーダの回転板の縮小化と出力信号数の削
減ができ、小型化，量産性に優れた信頼性の高いロータ
リエンコーダを得ることができる。With this configuration, four types of signals of the Z, U, V, and W phases can be generated from three types of code patterns.
In addition, since the 3-bit signal can be transmitted serially through one line, the rotary plate of the encoder can be reduced in size and the number of output signals can be reduced, so that a highly reliable rotary encoder having a small size and excellent mass productivity can be obtained. it can.

【００１１】[0011]

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００１２】図１に示すように、ロータリエンコーダは
発光素子１１，回転スリット板１２，受光素子１３，波
形整形回路１４，パラレル・シリアル変換回路１５と信
号伝送回路１６により構成される。As shown in FIG. 1, the rotary encoder comprises a light emitting element 11, a rotary slit plate 12, a light receiving element 13, a waveform shaping circuit 14, a parallel / serial conversion circuit 15, and a signal transmission circuit 16.

【００１３】以上のように構成されたロータリエンコー
ダについて、図１，図２を用いてその動作を説明する。
まず、発光素子１１，回転スリット板１２，受光素子１
３，波形整形回路１４を通して得られるインクリメンタ
ル信号Ａ，Ｂと３相励磁切り替え信号Ｕ，Ｖ，Ｗのうち
Ｕ，Ｖ，Ｗの３信号はエンコーダが原点にあるときには
０００のビットパターンを、原点にないときにはＵ，
Ｖ，Ｗ信号をそのまま出力する。その具体例として図２
にＵ，Ｖ，Ｗ信号の一回転のビット変化を表すパターン
図を示す。これは従来のエンコーダのＺ，Ｕ，Ｖ，Ｗの
４信号の情報をＣ１，Ｃ２，Ｃ３の３信号に変換したコ
ードを描き込んだ回転スリット板１２から得られるパタ
ーンである。つまり、Ｚ相信号をＷ相の信号パターンに
含ませたもので、Ｚ相がアクティブなときはＷ相を
“Ｌ”にし、Ｕ，Ｖ，Ｗ相信号パターンで“０００”を
出力するものである。そしてこの３ビットのパラレル信
号をパラレル・シリアル変換回路１５によってシリアル
信号Ｃに変換し、信号伝送回路１６よりインクリメンタ
ル信号Ａ，ＢとＺ，Ｕ，Ｖ，Ｗの４信号の情報をもった
シリアル信号Ｃの３回線として伝送する。The operation of the rotary encoder configured as described above will be described with reference to FIGS.
First, the light emitting element 11, the rotating slit plate 12, the light receiving element 1
3. Among the incremental signals A and B obtained through the waveform shaping circuit 14 and the three signals U, V and W of the three-phase excitation switching signals U, V and W, the bit pattern of 000 is set to the origin when the encoder is at the origin. If not, U,
The V and W signals are output as they are. FIG. 2 shows a specific example.
FIG. 3 shows a pattern diagram representing a bit change of one rotation of the U, V, and W signals. This is a pattern obtained from the rotary slit plate 12 in which a code obtained by converting information of four signals of Z, U, V and W into three signals of C1, C2 and C3 of the conventional encoder is drawn. That is, the Z-phase signal is included in the W-phase signal pattern. When the Z-phase is active, the W-phase is set to “L”, and “000” is output in the U, V, W-phase signal pattern. is there. The 3-bit parallel signal is converted into a serial signal C by a parallel / serial conversion circuit 15, and a serial signal having information of four signals of incremental signals A, B and Z, U, V, W is transmitted from a signal transmission circuit 16. Transmission is made as three lines C.

【００１４】以上のような構成のロータリエンコーダに
より、従来６信号を伝送するために差動出力方式を用い
た場合、電源を含め合計１４本の電線が必要であるが、
この方式では電源を含めて３信号の伝送だけであるの
で、合計８本の電線で構成することが可能となる。When a differential output system is conventionally used to transmit six signals by the rotary encoder having the above configuration, a total of 14 electric wires including a power source are required.
In this method, since only three signals including the power supply are transmitted, a total of eight electric wires can be used.

【００１５】つぎに、図３に上記エンコーダ送信回路に
対応する受信回路の実施例を示す。本回路はインクリメ
ンタル信号Ａ，Ｂの受信インターフェース部３２、シリ
アル信号Ｃの受信インターフェース部３３、シリアル・
パラレル変換回路３４、デコード回路３５により構成さ
れる。エンコーダ３１から出力したインクリメンタル信
号Ａ，Ｂはそのままインクリメンタル信号インターフェ
ース部３２によって電圧変換され出力する。一方エンコ
ーダから出力した信号Ｃはシリアル信号インターフェー
ス部３３によって電圧変換されたのち、シリアル・パラ
レル変換回路３４によってシリアル・パラレル変換さ
れ、パラレルデータＣ１，Ｃ２，Ｃ３となる。このデー
タＣ１，Ｃ２，Ｃ３をデコーダ回路３５によって図４に
示す内部ＲＯＭテーブルによってデコードし、元のＺ，
Ｕ，Ｖ，Ｗの信号に変換する。FIG. 3 shows an embodiment of a receiving circuit corresponding to the encoder transmitting circuit. This circuit includes a reception interface unit 32 for the incremental signals A and B, a reception interface unit 33 for the serial signal C,
It comprises a parallel conversion circuit 34 and a decoding circuit 35. The incremental signals A and B output from the encoder 31 are converted into voltages by the incremental signal interface unit 32 and output as they are. On the other hand, the signal C output from the encoder is subjected to voltage conversion by the serial signal interface unit 33 and then to serial / parallel conversion by the serial / parallel conversion circuit 34 to become parallel data C1, C2, and C3. The data C1, C2 and C3 are decoded by the decoder circuit 35 using the internal ROM table shown in FIG.
The signals are converted into U, V, W signals.

【００１６】図５は本受信回路のＣＷ方向およびＣＣＷ
方向時のデコード例を示す。Ｚ信号が検出されたときは
エンコーダ側より送信される信号は０００のパターンを
もつが、受信側でデコードされるＵ，Ｖ，Ｗの各信号は
Ｚ信号検出前の信号を保持する形で出力される。この例
ではＵ相の位相遅れが生じるが、Ｚ相信号幅は３相励磁
切り替え信号Ｕ，Ｖ，Ｗに比べて機械角で小さいため、
モータトルクへの影響は少ない。FIG. 5 shows the CW direction and the CCW direction of the receiving circuit.
An example of decoding in the direction is shown. When the Z signal is detected, the signal transmitted from the encoder has a pattern of 000, but the U, V, and W signals decoded on the receiving side are output in a form that retains the signal before the Z signal is detected. Is done. In this example, a U-phase delay occurs, but the Z-phase signal width is smaller in mechanical angle than the three-phase excitation switching signals U, V, W,
Has little effect on motor torque.

【００１７】以上のように本実施例のエンコーダ回路は
３相励磁信号の （１）ハミング距離が１の信号パターン （２）信号パターンが０００および１１１のパターンを
もたない といった性質を利用し、従来のＵ，Ｖ，Ｗ相信号のコー
ドパターンにＺ相の情報を含ませコード化することによ
り回転スリット板上のコードと、その処理回路を１系統
削除することができるということと、シリアル通信を行
うときには信号に特別に検査符号を付加する必要がない
ということから最小限の伝送ビットパターンで送受信で
きるため、高速応答性に優れるといった特徴も有する。As described above, the encoder circuit of the present embodiment utilizes the properties of the three-phase excitation signal such that (1) a signal pattern having a Hamming distance of 1 and (2) a signal pattern having neither 000 nor 111. By including the Z-phase information in the code pattern of the conventional U, V, and W phase signals and coding the code, the code on the rotary slit plate and one processing circuit can be deleted. Since it is not necessary to add a special check code to a signal when performing the above, transmission / reception can be performed with a minimum transmission bit pattern, and therefore, there is also a feature that high-speed response is excellent.

【００１８】[0018]

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば、回転スリット板の小型化と実装面積の縮小
化と従来１４本必要としていた信号線の数を８本にまで
削減することができるため、量産性の向上と信頼性の高
い優れたロータリエンコーダを実現できるものである。As is clear from the above embodiments, according to the present invention, the size of the rotary slit plate and the mounting area are reduced, and the number of signal lines conventionally required 14 is reduced to eight. Therefore, an improved rotary encoder with high productivity and high reliability can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例のロータリエンコーダ回路ブ
ロック図FIG. 1 is a block diagram of a rotary encoder circuit according to an embodiment of the present invention.

【図２】同エンコーダの動作波形図FIG. 2 is an operation waveform diagram of the encoder.

【図３】同エンコーダ信号の受信側回路ブロック図FIG. 3 is a block diagram of a circuit on the receiving side of the encoder signal.

【図４】３ビット情報信号デコード回路ブロック図FIG. 4 is a block diagram of a 3-bit information signal decoding circuit.

【図５】本発明のロータリエンコーダ信号の受信信号波
形図FIG. 5 is a reception signal waveform diagram of a rotary encoder signal according to the present invention.

【図６】従来のロータリエンコーダの回路ブロック図FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional rotary encoder.

【図７】同エンコーダの動作波形図FIG. 7 is an operation waveform diagram of the encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１１ 発光素子 １２ 回転スリット板 １３ 受光素子 １４ 波形整形回路 １５ パラレル・シリアル変換回路 １６ 信号伝送回路 Reference Signs List 11 light emitting element 12 rotating slit plate 13 light receiving element 14 waveform shaping circuit 15 parallel / serial conversion circuit 16 signal transmission circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−305317（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−204899（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−210422（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−36914（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01B 11/00 - 11/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-305317 (JP, A) JP-A-2-204899 (JP, A) JP-A-3-210422 (JP, A) 36914 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) G01D 5/00-5/62 G01B ⁷ /00-7/34 G01B 11/00-11/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 互いに９０度の位相差を有するＡ，Ｂ２
相のインクリメンタル信号を出力する２トラックコード
と、回転スリット板が原点位置にあるときは“０，０，
０”もしくは“１，１，１”のビット信号パターンを出
力し、また原点位置にないときには３相ＡＣサーボモー
タの相励磁切り替え信号Ｕ，Ｖ，Ｗ３相を出力する３ト
ラックコードとが描かれた回転スリット板と、上記後者
のコードから生成出力される３ビットの信号をシリアル
変換して出力するパラレル・シリアル変換回路を備えた
ロータリエンコーダ。1. A and B2 having a phase difference of 90 degrees from each other.
A two-track code that outputs a phase incremental signal and “0,0,
A three-track code that outputs a bit signal pattern of "0" or "1,1,1" and outputs the three-phase U, V, W three-phase excitation switching signals of the three-phase AC servomotor when not at the home position is drawn. A rotary slit plate, and a parallel-serial conversion circuit for serially converting and outputting a 3-bit signal generated and output from the latter code.